I. Introducción

Dentro de las numerosas sustancias orgánicas que se conocen como contaminantes del agua, los plaguicidas son una fuente importante de contaminación tanto para aguas subterráneas como superficiales ^1,2. Se entiende por plaguicida a las sustancias de naturaleza química o biológica de carácter orgánico e inorgánico destinado al manejo y o control de plaga, incluidas especies no deseadas durante los procesos de producción y productos agrícolas ³ y abarca una amplia gama de productos químicos que incluyen insecticidas, fungicidas, rodenticidas, nematicidas, reguladores del crecimiento de las plantas, herbicidas y otros ^4,5,6. Las propiedades químicas y físicas de los plaguicidas pueden diferir significativamente entre sí y en consecuencia su análisis y detección en matrices ambientales se transforma en un sistema complejo ^6,7. Si bien, los plaguicidas juegan un papel positivo para la economía de un país, su uso excesivo y generalizado ha deteriorado la biodiversidad y en consecuencia impactos negativos en la calidad de los ecosistemas hídricos ^8,9,10,11.

El destino de los plaguicidas en el ambiente se rige por los procesos de retención, transporte, disipación, degradación y sus interacciones en el medio ambiente, así también por las propiedades fisicoquímicas, solubilidad en agua, presión de vapor, coeficiente de partición suelo-agua (K_oc), vida media, coeficiente octanol-agua (K_ow) que simula el carácter hidrófobo de una sustancia que permite las estimaciones de concentración en los compartimientos ambientales. Además, existen otros factores que afectan la persistencia de los plaguicidas, en el medio ambiente tales como el contenido de materia orgánica, contenido de humedad, capacidad de infiltración y otros factores ambientales como el clima, temperatura, lluvia etc. ^12,13.

El monitoreo de los plaguicidas en el medio ambiente tiene el potencial de orientar las directrices de gestión para regular las exposiciones a los plaguicidas que dañan la salud de las personas y otros organismos ^14,15. Con respecto al manejo de plaguicidas Citartan et al. ¹⁶ advierte que más del 95% de los plaguicidas llegan a un destino que, no es necesariamente, la especie objetivo, lo que podría provocar la contaminación del agua y productos alimenticios.

Para el control y manejo apropiado de plaguicidas, la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Organización de las Naciones Unidas (ONU), especializado en gestionar medidas de prevención a nivel mundial, y la Unión Europea (UE), han adoptado algunas políticas para permitir el manejo de plaguicidas y establecer niveles máximos de residuos (LMR) en productos agrícolas, alimentos y cuerpos de agua ¹⁷. Los instrumentos legislativos vinculantes que regulan el uso de plaguicidas son: i) El Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes (COPs). ii) El Convenio de Róterdam sobre el procedimiento de aprobación a ciertos plaguicidas y otros productos químicos sobre el comercio internacional de plaguicidas y productos peligrosos iii) El Protocolo de Montreal sobre sustancias que agotan la capa de ozono. iv) Los Convenios de Basilea y Bamako sobre control de movimientos transfronterizos de residuos peligrosos y su eliminación. El clorpirifós al ser un plaguicida se regula su uso , transporte y concentración en matrices ambientales, así también, obtiene una importancia ambiental, por su presencia omnipresente en todas las matrices ambientales a pesar que en la actualidad no se encuentra clasificado como un compuesto orgánico persistente (COPs) se atribuye a su uso indiscriminado su permanencia en el medio ambiente, a sus características físico químicas y a la disminución de las capacidad asimilativa del medio ambiente para degradar al clorpirifós.

II. CLORPIRIFÓS

El clorpirifós (nombre IUPAC: O, O-dietil O-3, 5,6-tricloropiridin-2-ilo- Fosforotioato) es compuesto clorado organofosforado Fig.1 de origen sintético, utilizado como insecticida de amplio espectro en la agricultura para el control de diversas plagas que afectan los cultivos como, por ejemplo, ácaros, insectos, huevos de insectos, larvas etc. ¹⁸.

Fig. 1 Estructura química del clorpirifós (O, O-dietil O-3, 5,6-tricloropiridina-2-ilo- Fosforotioato). 

El clorpirifós (CP) es uno de los plaguicidas más usado a nivel mundial y su uso generalizado ha sido asociado con la contaminación de fuentes hídricas, suelos, aire, organismos no objetivos, contaminación de la atmósfera, el agua de lluvia y el agua de niebla ^14,19,20,21. La importancia de la contaminación del medio ambiente radica en que las personas pueden estar expuestas al clorpirifós a través de residuos químicos en alimentos y aguas de consumo, inclusive en los hogares, porque puede permanecer durante varios meses en lugares urbanos a causa de la privación de vectores que favorezcan su degradación ²².

El clorpirifós al ser uno de los plaguicidas más utilizados a nivel mundial ha acentuado las preocupaciones públicas y científicas sobre la seguridad alimentaria y medioambiental ²³ dado que inhibe a la acetilcolinesterasa (AchE) y la butirilcolinesterasa (BChE), enzimas importantes en el funcionamiento del sistema nervioso y asociada a diversas enfermedades nerviosas. ^24,25 información relevante, para cálculos de valoración por exposición a compuestos organofosforados ^{18,20,21,22,26}, también el CP es potencialmente tóxico para los organismos incluidos las personas como daños que involucra trastornos neuronales, estrés oxidativo, daño en el ADN y endocrinos ^19,27,28,29.

El clorpirifós puede presentar moderada a prolongada persistencia ambiental, presentar degradación en el medio ambiente durante períodos de tiempo variables ³⁰, sus productos de degradación Fig.2 más significativos corresponden a los metabolitos toxicológicamente relevantes de CP son: el 3,5,6-tricloro-2-piridinol (TCP), 3,5,6-tricloro-2-metoxipiridina (TMP), O-etil-O-(3,5,6-tricloro-2- Piridilo) y Clorpirifós oxón (CPO). Algunas investigaciones han demostrado que el clorpirifós oxón (CPO) y el 3,5,6-tricloro-2-piridinol (TCP) son más peligrosos en comparación con el compuesto principal, a causa de su estructura cíclica y de cloración en las posiciones 3,5,6 estructura similar a los compuestos organoclorados que presentan mayor toxicidad ambiental que los compuestos organofosforados ³¹.

Fig. 2 Estructura química de los principales productos de degradación del Clorpirifós. 

Estudios señalan la presencia de al menos 143 plaguicidas incluido Clorpirifós y 21 productos de transformaciones en aguas subterráneas, que son la fuente más importante de suministro de agua potable en numerosos países incluido Chile ³², al mismo tiempo la escasez de agua dulce y su limitada disponibilidad a causado la necesidad de monitorear la calidad del agua para el consumo humano ²⁹. Donde, los datos que proporciona el monitoreo ambiental son fundamentales para evaluaciones y toma de decisiones y no expresan necesariamente una representación continua y completa del estado real de la matriz ambiental, dificultando la trazabilidad del proceso.

El clorpirifós se encuentra en constante revisión por la EPA por los riesgos asociados a la salud humana y medio ambiente, siendo prohibido en algunos países de la UE. De acuerdo con sus características químicas es un compuesto que presenta volatilización intermedia, que le permite encontrarse en el medio ambiente en forma de vapor o adheridos a partículas atmosféricas y por tanto recorrer largas distancias antes de depositarse, como ocurre con su metabolito oxón en la atmósfera. Además, presenta baja solubilidad en agua y alta capacidad de adsorción en la materia orgánica (Log K_ow = 4.78-5.11) logrando atravesar membranas biológicas y acumulación en lípidos ³². Por esto, más la evidencia química intrínseca su presencia en el medio ambiente, respalda que el CP pueda considerarse un COPs, más aún el 3,5,6-tricloro-2-piridinol (TCP) comparte semejanzas químicas y estructurales con el triclorofenol (TCP), precursor en la formación de Dioxinas y Furanos ³³.

Pero, de acuerdo con los antecedentes antes señalados la presencia constante de clorpirifós en los compartimientos ambientales debido a su uso extensivo a nivel mundial que excedería la capacidad de los procesos químicos, físicos y biológicos que permitan una óptima degradación del CP en el medio ambiente.

III. ESTÁNDARES DE CALIDAD AMBIENTAL

Se han desarrollado programas para monitorear plaguicidas en aguas superficiales con el objetivo de reducir el impacto ambiental y resguardar los recursos hídricos. La UE, ha establecido valores máximos permitidos de concentraciones de plaguicidas para consumo de 0.1 mg L^-1 y 0.5 mg L^-1 respectivamente, que orienta los criterios de tolerancia, y máximos permitidos para CP en aguas y alimentos Tabla I con el objetivo de proteger la salud de las personas y la biodiversidad ^34,35.

TABLA I NORMAS DE CALIDAD AMBIENTAL PARA SUSTANCIAS PRIORITARIAS: CLORPIRIFÓS 

IV. ESTUDIOS DE DETECCIÓN DE CLORPIRIFÓS EN COMPARTIMIENTOS AMBIENTALES Y ALIMENTARIAS

Los plaguicidas ingresan al medio acuático a través del uso de aguas residuales agrícolas, industriales y domésticas, en este contexto la contaminación por CP se refleja a través de su presencia y la de sus metabolitos en matrices ambientales bióticas y abióticas Tabla II. Pozo et al ³⁶ ha descrito la presencia CP en aire en un estudio de variación estacional a nivel atmosférico en la región de la Araucanía, reportó variaciones de concentraciones de diez a miles de pg m^-3 (~20-14.600) en la atmósfera de Chile, del mismo modo, Cortés et al ³⁷ informa concentraciones que varían de 444 a 14.624 (pg m-³) en la región del Maule, Chile, además Climent et al ³⁸ reporta concentraciones del (~0.2 µgL^-1) en aguas del río Cachapoal en Chile central Tabla II, así también Bhanti y Taneja ³⁹,evaluaron residuos de clorpirifós en vegetales. Silipunyo ⁴⁰ realizo un estudio para determinar los residuos de plaguicidas OP en frutas y verduras, durante el estudio, los residuos de CP eran los más comunes y estaban presentes en todas las muestras, así también en Chile se ha detectado Clorpirifós en numerosos productos principalmente en verduras y hortalizas ⁴¹. Por otra parte, Hossain y col. ²¹ realizaron un estudio para monitorear los residuos de plaguicidas en muestras de agua y señala que en el 83% de las muestras se detectó presencia de clorpirifós en comparación con otros plaguicidas. La presencia de residuos de plaguicidas y sus productos de degradación en los recursos hídricos ha causado preocupación entre las autoridades a nivel mundial ya que se ha detectado en la fase disuelta y en partículas, concentraciones superiores a las establecidas por las legislaciones de diferentes países. Cruzeiro et al. ⁴². A la luz de esta situación, se han desarrollado programas para monitorear plaguicidas en aguas superficiales para minimizar su impacto ambiental y proteger la calidad de los recursos hídricos ^38,43.

Otro factor de contaminación por CP es señalado por Bellas et al. ⁴⁴ donde indica que el CP se absorbe en el polietileno (microplásticos), facilitando efectos tóxicos relacionados con la actividad biológica y cadenas tróficas marinas. A pesar de que los organofosforados son menos persistentes y tienen menos capacidad bioacumulativa, se ha detectado residuos de CP a nivel mundial en peces, aves, sangre humana, orina, animales, sedimentos, leche materna, etc. ⁴⁵.

V. RUTAS DE DEGRADACIÓN DEL CLORPIRIFÓS Y PRODUCTOS DE TRANSFORMACIÓN

La persistencia de los plaguicidas en un compartimiento ambiental depende de la eficiencia de los procesos de degradación naturales como biodegradación, fotodegradación e hidrolisis, donde los proceso pueden ocurrir bajo condiciones aeróbicas o anaeróbicas los cuales inducen, en algunos casos, a transformación con mayor toxicidad ^58,59, estas transformaciones se realizan mediante reacciones de oxidación, reducción, ruptura nucleofílica o electrofílica y reorganización de los enlaces moleculares, mediadas por la actividad enzimática de microorganismos, la luz ultravioleta (UV) y el pH del ambiente, que actúan en simultáneo sobre los compuestos parentales ^22,60,61,22 reportándose vidas medias que fluctúan entre horas, días y meses condicionadas por procesos físicos, químicos y biológicos en el medio ambiente.

Los metabolitos generados de la degradación del clorpirifós en el medio ambiente son Fig. 3: i) Clorpirifós-oxón (CPO), por oxidación de CP y generalmente se considera como el metabolito más tóxico ii) El 3, 5,6-tricloro-2-piridinol (TCP) y el ácido dietiltiofosfórico (DETP), principales productos de hidrólisis del Clorpirifós. iii) Otros productos de transformación de menor impacto ambiental como el O-etil-O-(3, 5,6-tricloro-2-piridilo), ácido fosforotioico (fosforotioato) y 3, 5,6-tricloro-2-metoxipiridina (TMP) ^11,62,63.

Fig. 3 Rutas principales de degradación del Clorpirifós en sistemas anaeróbicos y aeróbicos en presencia de microorganismos. CP (Clorpirifós), TCP (3, 5,6-Tricloro 2 Piridinol), DEPT (Dietil tiofosfato), CPO (Clorpirifós oxón), TMP (3, 5,6 Tricloro -2 metoxi-piridina). 

El CPO y el TCP son los principales metabolitos cuando CP sufre fotólisis por radiación UV, presentando mayor solubilidad que CP y, por tanto, muestran una mayor movilidad de campo.⁶⁴. En la atmósfera la degradación de CP indica la formación de CPO por oxidación en presencia de radicales hidroxilos (OH), con vidas medias de 2 a 11 horas. ⁶⁵. De los diversos productos de transformación del clorpirifós, el TCP presenta mayor solubilidad y persistencia en agua siendo considerado por la EPA como un contaminante persistente, también asociado a la contaminación generalizada en suelos, cuando no está expuesto a luz. El TCP presenta persistencia a la degradación por microorganismos, limitando la biodegradación del clorpirifós por actividades antimicrobianas ^22,66.

Finalmente, a pesar de conocer la formas y vías de degradación de CP, su comportamiento en aguas superficiales se ve afectado por complejas interacciones de factores relacionados con su aplicación, condiciones climatológicas, condiciones fisicoquímicas y ciclos hidrológicos, por lo que el estudio de la presencia del CP en los sistemas acuáticos en diferentes niveles tróficos ha captado mayor interés los últimos años a causa de la creciente conciencia pública relacionados por la contaminación química ⁶⁷. Es relevante indicar los procesos generales de degradación y destino ambiental para el plaguicida Clorpirifós se relaciona a los procesos de disipación (pérdida de masa), degradación química y biológica, se presenta en la Fig. 5 Se indican las fracciones de degradación, la primera transformaciones mediante procesos bióticos donde el CP es degradado completamente, la segunda las transformaciones mediante procesos abióticos donde el CP es degrado parcialmente por procesos físicos y químicos, la tercera fracción corresponde al clorpirifós que no es transformado por los procesos descritos por tanto disponible ser identificado y detectados por los diferentes técnicas analíticas.

Fig. 4 Proceso general del destino ambiental de los compuestos organofosforados adaptado para Clorpirifós, modificado Kumar et al., (2018) y Dar et al., (2019). 

VII. TÉCNICAS ANALÍTICAS PARA LA DETECCIÓN DE CLORPIRIFÓS

Se han desarrollado muchas tecnologías analíticas para la detección de plaguicidas, como cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) y cromatografía de gases (GC), las cuales tienen una alta sensibilidad y bajo límite de detección. En contraste con los atributos analíticos, los análisis suelen ser costosos, con tiempos extensivos de análisis y además requieren operadores capacitados para el manejo de los equipos ^28,68. En cambio, los biosensores son dispositivos biológicos y presentan atributos para el monitoreo de componentes residuales de plaguicidas en muestras ambientales ¹³. A diferencias de las técnicas convencionales los biosensores se consideran herramientas bioanalíticas, de reconocimiento biológico que unido a un elemento transductor físico para la detección específica de un analito o múltiples analitos en respuesta a los desafíos de detección de compuestos tóxicos como estrategia económica, rápida y de uso en terreno ¹³.

A. Técnicas analíticas Clásicas

Para la detección de Clorpirifós existen técnicas analíticas de cromatografía de gases, cromatografía líquida de alto rendimiento, cromatografía de gases junto con espectrometría de masas y líquida. Métodos físicos de separación de componentes presentes en muestras ambiental que permite identificar y determinar la cantidad de un analito en la muestra. ^36,37. La detección de clorpirifós y sus productos de degradación se realiza a través de cromatografía de gases con detector fotométrico de llama (FPD), detector nitrógeno-fósforo (NPD) o detección de captura de electrones (ECD) ampliamente utilizados y aceptados para el análisis de residuos de plaguicidas. Otras técnicas analíticas que se han utilizado para detectar clorpirifós incluyen cromatografía de gases con detector de emisiones atómicas, sin embargo, las técnicas cromatografías requieren procedimientos de muestreos en terrenos, contenedores para tomas de muestras, almacenamientos adecuados, pretratamientos de las muestras, mayores volúmenes de solvente orgánicos, según del tipo de extracción 3540B y 3540C recomendados por la EPA.

Las principales diferencias y semejanzas de los métodos clásicos y las técnicas de biosensores para la detección de plaguicidas organofosforados se presentan en Tabla III, las ventajas comparativas se centran en la sensibilidad y especificidad de ambos métodos y las desventajas significativas en la falta de estandarización de los métodos analíticos basados en biosensores en comparación con las técnicas de cromatografía.

TABLA III COMPARACION DE TECNICAS PARA LA DETECCIÓN DE CLORPIRIFÓS EN MATRICES AMBIENTALES 

B. Las técnicas analíticas de Biosensores

Para la de detección de Clorpirifós se han descritos biosensores basados en enzimas y anticuerpos. En los últimos años se observa un aumento en el desarrollar de biosensores basados en aptámeros principalmente para evaluaciones de calidad alimentaria y progresos para la detección de residuos de clorpirifós en matrices ambientales. Los biosensores comerciales descritos para compuestos organofosforados pertenecen a métodos de screening como los kits de prueba de plaguicidas de la compañía RENEKABIO que utiliza el método de inhibición de la enzima colinesterasa, kit de detección de plaguicidas de la compañía ANP Health que utiliza el mismo método de inhibición y por último el kits NIDS ACE II de la compañía Charm Sciences Inc. permite realizar un barrido de residuos plaguicidas organofosforados en frutas y agua potable ⁶⁹.

Los biosensores permiten detectar una multiplicidad de sustancias químicas y se compone de tres partes, un elemento de reconocimiento biológico que puede ser ácidos nucleicos, proteínas, enzimas, anticuerpos y aptámeros para el reconocimiento selectivo de un tipo o grupo de analitos de interés a una respuesta bioquímica, unida a un tipo de elemento transductor que se encarga de convertir la señal del reconocimiento biológico en señales cuantificables ^70,71

Los atributos de los biosensores es la alta estabilidad, especificidad para analitos tóxicos, detección rápida, precisión y reproducibilidad. Las principales ventajas es la posibilidad de monitoreo in situ, de medir contaminantes en matrices ambientales con una mínima cantidad de volúmenes de muestras, dar solución a la carga analítica y reducir los pretratamientos analíticos de las técnicas clásicas de detección ^28,72. Es preciso señalar que las moléculas de reconocimiento biológico juegan un papel fundamental en el avance de biosensores ^7,26.

Los elementos de reconocimiento biológico más estudiados para Clorpirifós son las enzimas, anticuerpos, ácido nucleico, aptámeros y células enteras ⁷³ y los elementos transductores se encuentra principalmente los electroquímicos, fluorescencia, potenciométrico, óptico y voltametría cíclica. En los últimos años la incorporación de nanomateriales ha permitido mejorar las capacidades de los biosensores, los nanomateriales comúnmente utilizados en la construcción de biosensores son sustancias compuestas de carbono, como los nanotubos y grafeno, puntos cuánticos (QD), polímeros artificiales y nanopartículas metálicas (MNP) por sus propiedades ópticas únicas, buena estabilidad fotoquímica, alta conductividad eléctrica, propiedad magnética, propiedades electroópticas que permiten una adecuada bioconjugación y amplificación de las señales bioquímica ^26,73,74.

Los elementos de reconocimiento biológico descritos para la construcción de biosensores para clorpirifós se individualizan en Tabla IV se exhibe las ventajas y desventajas de cada elementos de reconocimiento para la detección de compuestos orgánicos fosforados, destacan los aptámeros que son nucleótidos de ARN, DNA, modificados que se aíslan de una biblioteca de oligonucleótidos mediante un proceso de selección in vitro, mediante enriquecimiento exponencial (método SELEX), presentan una elevada afinidad, especificidad y se pueden adquirir con las propiedades y/o modificaciones deseadas para análisis específicos de contaminantes ²⁸.

TABLA IV ELEMENTOS DE RECONOCIMIENTO BIOLÓGICO PARA LA DETECCIÓN DE CLORPIRIFÓS 

De igual forma los anticuerpos presentan varios atributos y a menudo son utilizados como método de detección en seguridad alimentaria, monitoreo ambiental y diagnósticos clínicos ⁷³. Los anticuerpos pueden ser policlonales, es decir, de diferentes líneas de células o monoclonal de una sola fuente celular, estos últimos son más selectivos en comparación con anticuerpos policlonales por las uniones de afinidad que se producen, además las desventajas de los anticuerpos es que muestran sensibilidad a la temperatura y a la desnaturalización, por tanto, tiene una vida analítica limitada y dificultad para realizar análisis en muestras acuosas ^72,75.

El elemento de reconocimiento biológico descrito de forma habitual para biosensores son las enzimas como la acetilcolinesterasa (AChE), butirilcolinesterasa (BChE), Tirosinasa y Fosfatasa, que permite la detección de una familia de compuestos orgánicos fosforados y carbamatos, basado en la acción de la enzima acetilcolinesterasa (AChE) ^76,77. La desventajas más significativa es la selectividad para Clorpirifós, porque en matrices ambientales la actividad enzimática se ve afectada por otros compuestos orgánicos como los piretroides, las triazinas, diferentes hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) y por compuestos inorgánico que interfieren e inhiben la actividad enzimática como los metales pesados, iones metálicos, como Hg ²⁺, Cd ²⁺, Cu ²⁺ y Pb ²⁺ por tanto, la presencia de iones y otros compuestos tóxicos son las principales limitaciones para el uso de enzimas en muestras ambientales ^34,70,78.

De forma similar los biosensores basados en células enteras son métodos de screening para la detección de contaminantes organofosforados como el clorpirifós, porque se evalúa el estado metabólico de la célula y la viabilidad celular como señales cuantificables. La desventaja que no es método específico para un compuesto en particular como el clorpirifós ⁸³.

VIII. BIOSENSORES PARA CLORPIRIFÓS

Los biosensores descritos para Clorpirifós en su gran mayoría corresponde a biosensores enzimáticos, como el reportado por Wei et al. ^(84,) para compuestos organofosforados incluido el clorpirifós utilizando un biosensor basado en acetilcolinesterasa y un electrodo de diamante dopado con un metaloide como el Boro modificado con AuNPs y esferas de carbono (AChE/AuNPs-CSs/BDD) informó, el efecto inhibidor del Clorpirifós para rangos de concentración del orden 10^-11 a 10⁻⁷ M y un límite de detección de 1.3×10⁻¹³ M, en muestras de jugo de pepino utilizando el método de adición estándar incluyendo pruebas de recuperación del método del orden del 91.2%, el autor recomienda el biosensor enzimático para el monitoreo de organofosforados en muestras ambientales. De forma similar, Rodríguez et al.⁸⁵ presentó una metodología para la identificación de clorpirifós en aguas de consumo y leche, para ello utilizó un biosensor amperométrico para la expresión inhibidora de la enzima acetilcolinesterasa (AChE), inmovilizada a través de la técnica de reticulación que implica el uso de reactivos bifuncionales para generar enlaces intermoleculares entre la enzima y el transductor con el objetivo de mejorar la señal biológica a detectar, las concentración de clorpirifós se encontraron en el rango de 1,0 x 10⁻⁶ M a 5,0 x10⁻² M y límite de detección de 5,0 x 10⁻⁶ M. Las muestras de agua enriquecidas exhibieron recuperaciones del orden de ̴ 93.98% sin embargo, en las muestras de leche las recuperaciones analíticas obedecieron a valores ̴ 82,81% atribuido al efecto de la matriz, la concentración de clorpirifós informada en muestras de agua fue de 5,11 x 10⁻⁶ M, la técnica analítica se comparó con la técnica de cromatografía de gases concluyendo que la funcionalidad del método como screening y que la cantidad de enzima a utilizar es un factor crítico para la detección CP. En un enfoque similar Halamek et al. ⁸⁶ describe un biosensor piezoeléctrico de alta sensibilidad basado en el complejo AChE-BZE-DADOO la técnica a desarrollar correspondió a una solución conjugada de MUA-TNTU que permite vincular las moléculas sensoras con grupos actuando como monocapa auto ensamblado de yoduro de acetilcolinesterasa como sustrato para la detección de 4 insecticidas organofosforados inhibidores de colinesterasa; el Fluorofosfato de diisopropilo (DFP), Paraoxón, clorpirifós y Clorfenvinfos, reporta un el límite de detección del biosensor para clorpirifós de 1x10^-7 mol L^-1 en ensayos de laboratorio, sin embargo el biosensor descrito para el análisis de muestras de río no informa concentraciones de CP detectadas en la muestra ambiental, atribuida al efecto de la matriz y complejidad intrínseca del CP relacionado con la baja solubilidad del clorpirifós en agua.

De manera similar Cao et al. ⁸⁷ elaboró un Inmunosensor electroquímico de impedancia para la detección de CP en el cual se inmoviliza un anticuerpo monoclonal anti-clorpirifós sobre la superficie de un microelectrodo de oro (Au), los cambios de impedancia indicaron un límite de detección para clorpirifós de 1.4×10^-5 μg mL^-1 y selectividad del inmunosensor frente a otros plaguicidas como el grupo químico de los carbamatos , Foxim y otro plaguicida organofosforados, en este estudio se informó un límite de detección de 0.014 ng ml^-1 en muestras de vegetales enriquecidas con CP y la influencia de la matriz en los resultados de detección del inmunosensor para Clorpirifós.

De la misma manera, con el objetivo de evaluar residuos de CP en alimentos, Jiao et al. ³⁴ desarrollo un aptasensor para Clorpirifós basado en Carbono mesoporoso-Ferroceno de nanotubos de Carbono de pared múltiple (Fc@MWCNTs-CS) para cuantificar clorpirifós a través de voltametría, el aptámero presentó selectividad para el clorpirifós en extractos de verduras enriquecidos y un límite de detección de 3,33×10^-4 µg mL^{- 1} y se evalúo su selectividad frente a otros plaguicidas organofosforados y carbamatos como el Carbofurano, Diclorvos, Metil Paration y Foxim, el autor señala que la incorporación de nanomateriales incrementa la conductividad y la sensibilidad del método, además de las tasa de recuperación del método de 106% lo que indicaría que aptasensor tiene un elevado potencial de aplicación ambiental.

De manera análoga Xu et al. ⁸⁸ desarrollo un aptasensor voltametríco específico para Clorpirifós de nanocompuestos de cobre (CuO NF) y nanotubos de carbono de pared simple funcionalizadas con carboxilo (C-SWCNT) para mejorar la capacidad de inmovilización, los resultados presentados señalan una buena linealidad para clorpirifós en un rango de 0.1 - 150 ng mL^-1 y un límite de detección de 70 pg mL^-1 en muestras de vegetales, también se evaluó la selectividad en presencia de otros plaguicidas organofosforados y fungicidas. El tratamiento en muestras reales se desarrolló mediante adición estándar y bajo la evaluación de interferentes de la matriz e indicadores de recuperación del método.

Igualmente Doushani et al. ⁸⁹ describe un aptasensor electroquímico para Clorpirifós basado en un electrodo de carbono vítreo modificado con un polímero electro-polimerizado impreso con aptámeros y de oro (AuNR), para muestras de frutas y verduras, el método utilizado es de adición estándar y los plaguicidas interferentes para evaluar selectividad utilizados fueron Dimetoato, Carbofurano y Malatión, las concentraciones informadas se encuentran en el rango de 1.0 fM - 0.4 pM, e indica un límite de detección es 0.35 fM de CP para muestras enriquecidas con el plaguicida.

Capoferri y col. ⁹⁰ desarrolló un sensor basado en nanomateriales utilizando un electrodo serigrafiado de óxido de estaño modificado con NPs IrOx y con un polipirrol impreso usando voltamperometría cíclica y polímeros de impresión molecular (MIP), se plantea como transductor fisicoquímico el óxido de Iridio a nanoescala unido al polímero de impresión molecular como capa de reconocimiento para la detección de CP el polímero orgánico en presencia de clorpirifós, permite la detección visual utilizando un teléfono inteligente, las imágenes generadas se utilizaron para cuantificar el CP a través del cambio de color visual de transparente a azul-negro vinculado con las concentración de clorpirifós ,el sensor presento un rango dinámico de los 100 fM y 1 mM. Los compuestos utilizados para evaluar selectividad química presentaron respuestas analíticas entre el 15-22 % (Diclorvos y Clorfenvinfos) del mismo modo se ejecutó un análisis en muestras de agua potable enriquecidas con el pesticida y la técnica alcanza porcentajes de recuperación en el rango de los 94% indicando viabilidad del sensor para muestras reales, indicando un límite de detección de 0.1pM.

La investigación de los avances bioanalíticas para la detección de clorpirifós con frecuencia describen la incorporación de nanomateriales como elementos transducción y las ventajas de los elementos de reconocimiento biológico unido parámetros analíticos de calibración como la repetibilidad y reproducibilidad de los métodos de biosensores, como uso de estándares de alta pureza, rangos de linealidad, límites de detección y técnicas de adición interna en muestras ambientales para evaluar calidad alimentaria y la detección de CP en aguas consumo humano, así también dar respuesta a la necesidad de monitoreo, análisis analíticos rápidos y de uso en terreno. Otro parámetro que se describe los avances de biosensores es la selectividad para clorpirifós comparado con plaguicidas de diferente estructura química y peso molecular, sin embargo, no hay estudios de selectividad que compare la selectividad del clorpirifós y sus metabolitos ambientales como parámetro de calidad de los métodos de biosensores analíticos. Finalmente, la incorporación reciente de elementos de reconocimiento molecular de materiales sintéticos surge como una alternativa a las desventajas de los elementos de reconocimiento biológico para la detección de Clorpirifós.

Diferentes autores especifican biosensores para la detección de clorpirifós Tabla V, el 44% de las revisiones de biosensores ambientales se basan en enzimas como elemento de reconocimiento biológico, seguido de 22% de los biosensores que utilizan anticuerpos y por último los biosensores basados en aptámeros representan el 15% de los estudios para Clorpirifós para esta revisión, en cuanto a los sistema de transductor para clorpirifós los biosensores electroquímicos representan el 66% de los estudios para clorpirifós unido a diferentes nanomateriales, en cuanto a las unidades de concentraciones reportadas en alimentos y ensayos de laboratorio en muestras ambientales se expresan en el rango de picomolar y nanomolar. Los parámetros de validación se centran en la selectividad, especificidad, análisis de recuperación analítica en términos de concentración, repetitividad del método, límite de detección (LOD) y límite de cuantificación (LOQ), así también, rangos lineales, rangos de estabilidad en términos de mantención de los bioelementos y estabilidad de análisis, sin embargo, la detección del CP en matrices ambientales sigue siendo un gran desafío. En este sentido los esfuerzos de técnicas de monitoreo ayudarán a desarrollar medidas apropiadas para controlar contaminantes de uso excesivo y minimizar los riesgos para la salud de las personas ²⁸.

IX. PERSPECTIVAS Y DESAFÍOS DE DETECCIÓN DE CLORPIRIFÓS EN MUESTRAS AMBIENTALES

El progreso de nuevas tecnologías analíticas reconoce las limitaciones de las técnicas analíticas clásicas y da respuesta a ellas a través de técnicas de reconocimiento biológico unido a un elemento de transducción para el monitoreo ambiental de compuestos sintéticos y tóxicos como el clorpirifós en el medio ambiente. Esta revisión bibliográfica al igual que Weerathunge et al. ¹⁰⁵ expresa la importancia de desarrollar nuevas tecnologías analíticas para la detección de contaminantes en aguas y dar cumplimiento regulaciones ambientales de compuestos organofosforados como el Clorpirifós en términos de especificidad, análisis rápidos, en terreno y menor costo de análisis en comparación con las técnicas clásicas.

Se puede observar que se han logrado avances en el área analítica basados en ensayos de laboratorio para la detección de CP a concentraciones femtomolar (fM) utilizando aptasensores y que la incorporación de nanomateriales ha permitido mejorar y optimizar las señales analíticas para Clorpirifós.

El desafío importante en el desarrollo de biosensores para Clorpirifós es el efecto de la degradación en su detección analítica, por tanto, evaluar cómo influye la degradación total y parcial del compuesto en una matriz ambiental es un desafío analítico que considerar en futuros estudios.

Desde una mirada ambiental desarrollar estrategias y metodologías de detección analítica para CP en el medio ambiente, además, de considerar las propiedades químicas intrínsecas del CP se debe incluir la dinámica del compuesto en el medio ambiente y sus interacciones para la elección eficiente del elemento de reconocimiento biológico para el desarrollo de biosensores ambientales.

Desde el punto de vista analítico la atención de las técnicas de biosensores para la detección de CP en el área ambiental aún es un desafío debido a estabilidad física de los elementos de reconocimiento biológico y de la vida útil de los biosensores para el monitoreo de clorpirifós.

Otro desafío de las técnicas de biosensores es la estandarización de los análisis de biosensores para los compuestos organofosforados en comparación con las técnicas clásicas de detección.

Los elementos de reconocimiento biológico como los aptámeros presentan atributos sobresalientes frente a los anticuerpos, células y enzimas para clorpirifós en términos de selectividad, reproducibilidad y estabilidad frente a factores ambientales para el monitoreo y detección, sin embargo, aún es un desafío por explorar la selectividad del aptámeros para clorpirifós frente a sus metabolitos en muestras reales.

X. CONCLUSIONES

El clorpirifós ha llamado el interés global, por ser uno plaguicidas más usados a nivel mundial, ocasionando la contaminación de diversos cuerpos de agua y alimentos de consumo. Por esta razón, avanzar en el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan una oportuna detección ambiental y trazabilidad es uno de los hitos importantes en el área de la química ambiental y salud pública.

Considerar la complejidad de detección de residuos de CP en muestras de aguas de consumo y las variaciones de degradación de CP es una de las limitaciones más importante que abordar para su identificación ambiental.

Esta revisión comprueba que los biosensores son una alternativa a la detección de clorpirifós, sin embargo, aún no hay biosensores certificados para estudios ambientales que obedezcan a la necesidad de monitoreo de compuestos tóxicos con efectos nocivos en salud pública.

En cuanto a los elementos de reconocimiento biológico para la detección de clorpirifós. Los aptámeros, en términos analíticos, presentan las mayores virtudes, evidenciado por su mayor estabilidad química, favoreciendo su uso en terreno para el monitoreo ambiental. Pero, surge una nueva incertidumbre, si los aptámeros tienen la capacidad de distinguir al CP del CP parcialmente degradado en el medio ambiente o si, la similitud de estructura química con sus metabolitos y otros compuestos orgánicos en el medio ambiente se vuelve un interferente para su detección. Por lo que avanzar en determinar si la degradación natural del CP afecta su identificación en muestras ambientales a través del uso de herramientas analíticas como los biosensores, se vuelve crucial.

Finalmente, no todos los biosensores permiten detectar clorpirifós en las concentraciones que se requiere en matrices acuosas y que permita su caracterización de acuerdo con las normas internacionales vigentes.